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      GC调优基础之堆大小 | 彤哥哥的博客
    
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  <h2>GC调优基础之堆大小</h2>
  <p class="post-date">2019-01-05</p>
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  <article class="post-article">
    <section class="markdown-content"><h2 id="调整堆大小"><a href="#调整堆大小" class="headerlink" title="调整堆大小"></a>调整堆大小</h2><p>GC调整的第一堂课是调整应用程序堆的大小。关于堆大小的调整还有更高级的话题，不过作为第一步，我们首先讨论如何设置总体堆的大小。</p>
<p>与其他的性能问题一样，选择堆的大小其实是一种平衡。如果分配的堆过于小，程序的大部分时间可能都消耗在GC上，没有足够的时间去运行应用程序的逻辑。但是，简单粗暴地设置一个特别大的堆也不是解决问题的方法。</p>
<p>GC停顿消耗的时间取决于堆的大小，如果增大堆的空间，停顿的持续时间也会变长。这种情况下，停顿的频率会变得更少，但是它们持续的世界会让程序的整体性能变慢。</p>
<p>使用超大堆还有另一个风险。操作系统使用虚拟内存机制管理机器的物理内存。一台机器可能有8G的物理内存，不过操作系统可能让你感觉有更多的可用内存。虚拟内存的数量取决于操作系统的设置，譬如操作系统可能让你感觉到它的内存达到了16G。操作系统名为”交换”(swapping，称之为分页，虽然这两者在技术上存在着差异，但是这些差异，在这里不影响我们的讨论)。你可以载入需要16GG内存的应用程序，操作系统在需要时会将程序运行时不活跃的数据由内存复制到磁盘。再次需这部分内存的内容时，操作系统再将它们由磁盘重新载入到内存(为了腾出空间，通常它会先将另一部分内存的内容复制到磁盘)。</p>
<p>系统中运行着大量不同的应用程序时，这个流程工作得很不顺畅，因为大多数的应用程序不会同时处于活跃状态。但是，对于Java应用，它工作得并不是很好。如果一个Java应用使用了这个系统上大约12G的堆，操作系统可能在RAM上分配8G的堆空间，另外4G的空间存在于磁盘(这个假设对实际情况进行了一些简化，因为应用程序也会使用部分的RAM)。JVM不会了解这些：<strong>操作系统完全屏蔽了内存交互的细节</strong>。这样，JVM愉快的地填满了分配给它的12G堆空间。但这样就导致了严重的性能问题，因为操作系统需要将相当一部分的数据由磁盘交换到内存(这是一个昂贵操作的开始)。</p>
<p>更糟糕的是，这种原本期望一次性的内存交换操作在Full GC时一定会再次重演，因为JVM必须访问整个堆的内容。如果Full GC时系统发生内存交换，停顿时间会以正常停顿时间数个量级的方式增长。类似的，如果使用Concurrent收集器，后台线程在回收堆时，它的速度也可能会被拖慢，因为需要等待从裁判复制数据到内存，结果导致发生代价昂贵的并发模式失效。</p>
<p>因此，调整堆大小时首要的原则就是<strong>永远不要将堆的容量设置得比机器的物理内存还大</strong>。另外，如果同一台机器上运行着多个JVM实例，这个原则适用于所有堆的总和。除此之外，你还需要为JVM自身以及机器上其他的应用程序预留一部分的内存空间：通常情况下，对于普通的操作系统，应该预留至少1G的内存空间。</p>
<p>堆的大小由2个参数值控制：分别是初始值(通过-Xms N设置)和最大值(通过 -Xmx N设置)。默认值的调节取决于多个因素，包括操作系统类型、系统内存大小、使用的JVM。其他的命令标志也会对该值造成影响，堆大小的调节是JVm自适应调优的核心。</p>
<p>JVM的目标是一句系统可用的资源情况找到一个”合理的”默认初始化值，当且仅当应用程序需要更多的内存(依据垃圾回收时消耗的时间来决定)时将堆的大小增大到一个合理的最大值。到目前为止，JVM的高级调优标志以及调优细节都没有提及。为了让大家有个感性的认识，我们列出了堆大小的默认最大值和最小值供大家参考，参见如下表。(为了使内存对齐，JVM会对这些值进行圆整操作；所以GC日志中输出的大小可能与表中给出的值并不完全一致)。</p>
<table>
<thead>
<tr>
<th align="center">操作系统及JVM类型</th>
<th align="center">初始堆大小(Xms)</th>
<th align="center">最大堆大小(Xmx)</th>
</tr>
</thead>
<tbody><tr>
<td align="center">Linux/Solaris,32位客户端</td>
<td align="center">16MB</td>
<td align="center">256MB</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Linux/Solaris,32位客户端</td>
<td align="center">64MB</td>
<td align="center">取1GB和物理内存大小1/4二者中的最小值</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Linux/Solaris,32位客户端</td>
<td align="center">取512MB和物理内存大小1/64二者中的最小值</td>
<td align="center">取32GB和物理内存大小1/4二者中的最小值</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">MacOS，64位服务器型JVM</td>
<td align="center">64MB(数据有误,应该是256MB)</td>
<td align="center">取1GB和物理内存大小1/4二者中的最小值</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Windows，32位客户端JVM</td>
<td align="center">16MB</td>
<td align="center">256MB</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Windows，64位服务端JVM</td>
<td align="center">64MB</td>
<td align="center">取1GB和物理内存大小1/4二者中的最小值</td>
</tr>
</tbody></table>
<p>如果机器的物理内存少于192MB，最大堆的大小会是物理内存的一半(大约96MB，或更少)。</p>
<p>堆大小具有初始值和最大值的这种设计让JVM能够根据实际的负荷情况更灵活地调整JVM的行为。如果JVM发现使用初始的堆大小，频繁地发生GC，它就会尝试增大堆的空间，直到JVM的GC的频率回归到正常的范围，或直到堆大小增大到它的上限值。</p>
<p>对很多应用来说，这意味着堆的大小不再需要调整了，实际上，你只需要为你选择的GC算法设定性能目标：譬如你能忍受的停顿的持续时间、你期望垃圾回收在整个时间中所占用的百分比等。</p>
<p>如果应用程序在GC时消耗了太长的时间，你很有可能需要使用-Xmx标志增大堆的大小。选择什么样的大小没有一个硬性的或简单的规则。一个经验法则是完成Full GC后，应该释放出70%的空间(30%的空间仍然占用)。</p>
<p>注意，即使你显示地设置了堆的最大容量，还是会发生堆的自动调节：初始时堆以默认的大小开始运行，为了达到根据垃圾收集算法设置的性能目标，JVM会逐步增大堆的大小。将堆的大小设置得比实际需要更大不一定会带来性能损耗：堆并不会无限地增大，JVM会调节堆的大小直到其满足GC的性能目标。</p>
<p>另一方面，如果你确切地了解应用程序需要多大的堆，那么你可以将堆的初始化和最大值设置一致数值(譬如：-Xms1024M -Xmx1024M)。这种设置能稍微提高GC的运行效率，因为它不再需要估算堆是否需要调整大小。</p>
<h2 id="堆内存纠错"><a href="#堆内存纠错" class="headerlink" title="堆内存纠错"></a>堆内存纠错</h2><p>在上述表我们知道了不同操作系统、不同JVM、不同物理内存的默认堆大小。但是实际上，Mac OS这个数据有问题的。我的Mac Pro 2013的配置物理内存是16G、64位的JVM。</p>
<p>下面两个命令用于查看当前JRE默认的堆大小，该方法适用于Java 6u20以及之后版本。</p>
<figure class="highlight sh"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br><span class="line">5</span><br><span class="line">6</span><br><span class="line">7</span><br><span class="line">8</span><br><span class="line">9</span><br><span class="line">10</span><br><span class="line">11</span><br><span class="line">12</span><br><span class="line">13</span><br><span class="line">14</span><br><span class="line">15</span><br><span class="line">16</span><br><span class="line">17</span><br><span class="line">18</span><br><span class="line">19</span><br><span class="line">20</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line"><span class="comment"># 使用-server</span></span><br><span class="line">Yeamin:~ mac$ java -server -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep -i heapsize</span><br><span class="line">    uintx ErgoHeapSizeLimit                         = 0                                   &#123;product&#125;</span><br><span class="line">    uintx HeapSizePerGCThread                       = 87241520                            &#123;product&#125;</span><br><span class="line">    uintx InitialHeapSize                          := 268435456                           &#123;product&#125;</span><br><span class="line">    uintx LargePageHeapSizeThreshold                = 134217728                           &#123;product&#125;</span><br><span class="line">    uintx MaxHeapSize                              := 4294967296                          &#123;product&#125;</span><br><span class="line">java version <span class="string">&quot;1.8.0_192&quot;</span></span><br><span class="line">Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_192-b12)</span><br><span class="line">Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.192-b12, mixed mode)</span><br><span class="line"><span class="comment"># 使用-client</span></span><br><span class="line">Yeamin:~ mac$ java -client -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep -i heapsize</span><br><span class="line">    uintx ErgoHeapSizeLimit                         = 0                                   &#123;product&#125;</span><br><span class="line">    uintx HeapSizePerGCThread                       = 87241520                            &#123;product&#125;</span><br><span class="line">    uintx InitialHeapSize                          := 268435456                           &#123;product&#125;</span><br><span class="line">    uintx LargePageHeapSizeThreshold                = 134217728                           &#123;product&#125;</span><br><span class="line">    uintx MaxHeapSize                              := 4294967296                          &#123;product&#125;</span><br><span class="line">java version <span class="string">&quot;1.8.0_192&quot;</span></span><br><span class="line">Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_192-b12)</span><br><span class="line">Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.192-b12, mixed mode)</span><br></pre></td></tr></table></figure>

<p>查看结果，我们发现，Mac OS中client和server模式的初始化堆大小是268435456(即268435456/1024/1024=256M=物理内存16G \* 1024 * 1/64)。我们发现实际上这个表中数据是有误的。</p>
<p>其实不仅仅是Mac OS，Windows 64位也是这样的。</p>
<h2 id="总结"><a href="#总结" class="headerlink" title="总结"></a>总结</h2><ul>
<li>堆分配过小，程序大部分时间消耗在GC上。堆分配过大，GC停顿时间加长，停顿频率减少，使得程序性能整天下降。</li>
<li>JVM不像是物理内存一样可以使用交互/分页技术。计算机是物理内存和虚拟内存结合使用，程序中运行不活跃的数据复制到虚拟内存(磁盘)，而JVM完全没有这种内存交换细节，分配多少G就是多少G。</li>
<li>不同操作系统、不同大小物理内存、不同JVM的默认堆大小有所差异。但是我们常用的都是64位的JVM，常用的初始化堆大小是物理内存的1/64,常用的最大堆大小为物理内存的1/4。</li>
<li>堆的初始化大小和最大堆大小由-Xms:N和-Xmx:N两个参数来控制。其中N表示存储大小，默认为MB为基本单位。</li>
<li>每次GC的时候会动态调整堆的大小。若默认空余堆内存小于40%时，JVM会动态将堆内存增大到-Xmx最大限制。若默认空余堆内存小于40%时，JVM会动态将堆内存减少到-Xms最小限制。因此我们一般设置-Xms和-Xmx相等，避免在每次GC后调整堆的大小。</li>
<li>除非应用程序需要比默认值更大的堆，否则在进行调优时，尽量考虑通过GC算法的性能目标，而非微调堆的大小来改善程序性能。</li>
</ul>
<h2 id="参考文献"><a href="#参考文献" class="headerlink" title="参考文献"></a>参考文献</h2><ul>
<li>《Java性能权威指南》</li>
</ul>
</section>
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      <ol class="toc-nav"><li class="toc-nav-item toc-nav-level-2"><a class="toc-nav-link" href="#%E8%B0%83%E6%95%B4%E5%A0%86%E5%A4%A7%E5%B0%8F"><span class="toc-nav-text">调整堆大小</span></a></li><li class="toc-nav-item toc-nav-level-2"><a class="toc-nav-link" href="#%E5%A0%86%E5%86%85%E5%AD%98%E7%BA%A0%E9%94%99"><span class="toc-nav-text">堆内存纠错</span></a></li><li class="toc-nav-item toc-nav-level-2"><a class="toc-nav-link" href="#%E6%80%BB%E7%BB%93"><span class="toc-nav-text">总结</span></a></li><li class="toc-nav-item toc-nav-level-2"><a class="toc-nav-link" href="#%E5%8F%82%E8%80%83%E6%96%87%E7%8C%AE"><span class="toc-nav-text">参考文献</span></a></li></ol>
    
  </div>
</aside>
  
  <!-- Catalog END -->
</main>

<script>
  (function () {
    var url = 'http://example.com/2019/01/05/GC调优基础之堆大小/';
    var banner = ''
    if (banner !== '' && banner !== 'undefined' && banner !== 'null') {
      $('#article-banner').css({
        'background-image': 'url(' + banner + ')'
      })
    } else {
      $('#article-banner').geopattern(url)
    }
    $('.header').removeClass('fixed-header')

    // error image
    $(".markdown-content img").on('error', function() {
      $(this).attr('src', '/css/images/error_icon.png')
      $(this).css({
        'cursor': 'default'
      })
    })

    // zoom image
    $(".markdown-content img").on('click', function() {
      var src = $(this).attr('src')
      if (src !== '/css/images/error_icon.png') {
        var imageW = $(this).width()
        var imageH = $(this).height()

        var zoom = ($(window).width() * 0.95 / imageW).toFixed(2)
        zoom = zoom < 1 ? 1 : zoom
        zoom = zoom > 2 ? 2 : zoom
        var transY = (($(window).height() - imageH) / 2).toFixed(2)

        $('body').append('<div class="image-view-wrap"><div class="image-view-inner"><img src="'+ src +'" /></div></div>')
        $('.image-view-wrap').addClass('wrap-active')
        $('.image-view-wrap img').css({
          'width': `${imageW}`,
          'transform': `translate3d(0, ${transY}px, 0) scale3d(${zoom}, ${zoom}, 1)`
        })
        $('html').css('overflow', 'hidden')

        $('.image-view-wrap').on('click', function() {
          $(this).remove()
          $('html').attr('style', '')
        })
      }
    })
  })();
</script>


  <script>
    var qr = new QRious({
      element: document.getElementById('share-qrcode'),
      value: document.location.href
    });
  </script>






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  </p>
</footer>

<script>
  function async(u, c) {
    var d = document, t = 'script',
      o = d.createElement(t),
      s = d.getElementsByTagName(t)[0];
    o.src = u;
    if (c) { o.addEventListener('load', function (e) { c(null, e); }, false); }
    s.parentNode.insertBefore(o, s);
  }
</script>
<script>
  async("https://cdn.staticfile.org/fastclick/1.0.6/fastclick.min.js", function(){
    FastClick.attach(document.body);
  })
</script>

<script>
  var hasLine = 'true';
  async("https://cdn.staticfile.org/highlight.js/9.12.0/highlight.min.js", function(){
    $('figure pre').each(function(i, block) {
      var figure = $(this).parents('figure');
      if (hasLine === 'false') {
        figure.find('.gutter').hide();
      }
      hljs.configure({useBR: true});
      var lang = figure.attr('class').split(' ')[1] || 'code';
      var codeHtml = $(this).html();
      var codeTag = document.createElement('code');
      codeTag.className = lang;
      codeTag.innerHTML = codeHtml;
      $(this).attr('class', '').empty().html(codeTag);
      figure.attr('data-lang', lang.toUpperCase());
      hljs.highlightBlock(block);
    });
  })
</script>
<!-- Baidu Tongji -->



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